我國公路建設之半剛性基層質量控制

1、我國公路建設之半剛性基層質量控制 宋云祥 河南省交通科學技術研究院有限公司主要內容概述半剛性基層的技術要求半剛性材料的特點半剛性基層材料的組成設計施工質量控制水泥穩(wěn)定材料的抗裂性問題主要內容關于級配設計的說明振動壓實試驗存在的問題改進措施一、概述1.我國公路建設的發(fā)展歷程第一階段，泥結碎石和級配礫石路面 第二階段，渣油表面處治和石灰土基層路面第三階段，國內二級以上的公路（含高速公路）幾乎全部采用半剛性路面 在1983年召開的世界第十七屆道路會議上，將具有水硬性結合料處治層的瀝青路面正式命名為半剛性路面。 一、概述2.半剛性基層的定義 在粉碎的或原狀松散的土中摻入一定量的無機結合料（包括水泥、石

2、灰或工業(yè)廢渣等）和水，經(jīng)拌和得到的混合料在壓實與養(yǎng)生后，其抗壓強度符合規(guī)定要求的材料稱為無機結合料穩(wěn)定材料 。由于無機結合料穩(wěn)定材料的剛度介于柔性路面材料和剛性路面材料之間，常稱此為半剛性材料。以此修筑的基層或底基層亦稱為半剛性基層或底基層。 一、概述3. 基層的類型按材料組成水泥穩(wěn)定類、石灰粉煤灰穩(wěn)定 類、水泥混凝土類、瀝青穩(wěn)定 類、無結合料粒料類；按力學行為半剛性、柔性、剛性按結構組成骨架密實型、骨架孔隙型、 懸浮密實型、均勻密實型二、半剛性基層的技術要求 有足夠的強度和剛度有足夠的水穩(wěn)性和冰凍穩(wěn)定性有足夠的抗沖刷能收縮性小有足夠的平整度與面層結合良好三、半剛性材料的特點具有一定的抗拉強度

3、 利用圓柱體試件并延其直徑方向用接近于線壓力進行試驗直到破壞，用此法測得的試件抗拉強度稱作間接抗拉強度或劈裂強度 環(huán)境溫度對半剛性材料強度的形成和發(fā)展有很大的影響 環(huán)境溫度越高，半剛性材料內部的化學反應就越快和越強烈，因此其強度也越高。 三、半剛性材料的特點強度和剛性都隨齡期的變化 隨齡期的增長，強度和剛性都會增長，但不同材料增長的幅度不同，同一種材料在不同地區(qū)的增長幅度也不同，而且結合料的劑量越大，齡期的影響也越大。 三、半剛性材料的特點干縮特性 體積收縮，影響因素如下：細粒含量和礦物成分（多） 土的塑性指數(shù)（大） 水泥劑量（多） 混合料的含水量（大） 暴露時間及失水量（長） 集料的平均粒徑

4、（小） 三、半剛性材料的特點溫縮特性 影響半剛性基層溫縮性質的因素既多又復雜，主要有溫差、材料的溫縮系數(shù)、彈性模量和極限拉應變、基層長度和厚度、阻力系數(shù)及材料的徐變等。試驗分析表明，選擇溫縮性小、極限拉應變大的路面材料是控制半剛性基層溫縮裂縫的有效措施。因此，要根據(jù)本地自然條件、材料性能等，加強基層材料配合比研究工作，而不僅僅局限于按照規(guī)范進行設計與施工。三、半剛性材料的特點不足 目前，半剛性基層材料在使用過程中主要存在的問題是：當原材料選擇或混合料配比設計不當時，半剛性基層容易出現(xiàn)抗裂性不足、抗沖刷能力不足、抗凍性不好以及與面層粘結差等缺陷。四、半剛性基層材料的組成設計在80年代以前，國內對

5、無機結合料穩(wěn)定材料不重視其組成設計，或根本不進行組成設計，致使路面結構質量不高。 大量的工程應用實踐表明，相當部分的由基層引起的路面損壞現(xiàn)象并非因基層承載力不足，而是由于基層材料抵抗溫度或干燥收縮變形或抵抗外來水分沖刷唧漿能力的不足。 四、半剛性基層材料的組成設計半剛性基層用材料結構類型劃分懸浮密實型、骨架密實型、骨架孔隙型 劃分的標準是粗集料經(jīng)壓實后，粗顆粒間空隙體積與壓實后起填充作用的細集料之間的關系。這里粗、細集料的劃分是以篩孔尺寸4.75mm或9.5mm作為分界尺寸的。四、半剛性基層材料的組成設計懸浮密實型混合料中細料的壓實體積應大于粗集料形成的空隙的體積，即粗集料在壓實混合料中處于“

6、懸浮狀態(tài)”；骨架密實型混合料中細料的壓實體積應“臨界”于粗集料形成的空隙的體積，粗集料在壓實混合料中有一定的“骨架作用”；骨架孔隙型混合料中細料的壓實體積則小于粗集料形成的空隙的體積，壓實混合料中形成“骨架”的粗集料之間存有一定的孔隙。四、半剛性基層材料的組成設計這幾種結構各有其特點：懸浮密實型混合料中的粗集料用量一般在50左右，細集料含量較多，抗彎拉性能較好，適用于各等級公路的基層和底基層。骨架密實型混合料中的粗集料用量一般在75以上，細集料含量較少，壓實混合料的嵌擠強度較高，抗裂性、抗沖刷性較好，宜用于高速公路和一級公路的基層。四、半剛性基層材料的組成設計骨架孔隙結構型混合料與骨架密實型混

7、合料相比具有較高的孔隙率，適用于有較高路面內部排水要求的基層。均勻密實型混合料建筑費用較低，可用作二級及二級以下公路路面的基層或底基層，不能用作高速公路和一級公路的底基層。四、半剛性基層材料的組成設計 在現(xiàn)行的瀝青路面設計規(guī)范中對骨架密實性水泥穩(wěn)定類基層的集料級配提出了具體的要求：篩孔尺寸（mm）31.519.09.504.752.360.60.075通過量（%）10068-8638-5822-3216-288-150-3懸浮密實性XM骨架密實性GM骨架空隙性GK無側限抗壓強度次之最大最小抗壓回彈模量次之最大最小劈裂強度最大次之最小抗折強度最大次之最小抗折回彈模量最大次之最小平均溫縮系數(shù)最大次

8、之最小平均干縮系數(shù)最大次之最小抗沖刷能力最差次之最大四、半剛性基層材料的組成設計四、半剛性基層材料的組成設計粗、細集料分界尺寸及最大粒徑 一般將粗、細集料的分界尺寸定為4.75mm，即通過4.75mm篩孔的石料屬于細集料，4.75mm以上的石料屬于粗集料，粗集料的最大粒徑參照目前規(guī)范中的級配范圍取26.5mm。 四、半剛性基層材料的組成設計混合料組成設計方法1、強度標準確定 本省設計規(guī)范規(guī)定：1.當累計當量軸次小于1200104時，水泥穩(wěn)定類基層7d（標準養(yǎng)護條件）齡期無側限抗壓強度為3-4 MPa之間，不得超過5 MPa；水泥穩(wěn)定類底基層7d（標準養(yǎng)護條件）齡期無側限抗壓強度為1.5 MPa

9、2 MPa，上限不得大于3 MPa。 原材料檢驗室內試驗步驟施工配合比調整四、半剛性基層材料的組成設計2.當車道累計當量軸次大于1200104時，水泥穩(wěn)定類基層7d（標準養(yǎng)護條件）齡期無側限抗壓強度應在4 MPa5 MPa之間，不得超過6 MPa；水泥穩(wěn)定類底基層7d（標準養(yǎng)護條件）齡期無側限抗壓強度為2 MPa3 MPa，最大不得大于4 MPa。四、半剛性基層材料的組成設計3.考慮到今后交通量越來越大、重車越來越多。故規(guī)定交通量大，重車多時取高值，一般情況取中、低值。）五、施工質量控制原材料的質量 水泥宜采用強度合格的普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥以及火山灰質硅酸鹽水泥，在保證水泥的安定性合

10、格的前提下，控制初凝時間不小于4h，終凝時間宜為6h-8h的水泥?？煊菜唷⒃鐝娝嘁约耙咽艹弊冑|的水泥不應使用。應采用等級較低的32.5水泥在選擇水泥廠家的時候，應該選擇水泥質量比較穩(wěn)定，關鍵是保證水泥批次之間的離散系數(shù)比較小。也可以按照本工程的施工特點及工期要求，集中同水泥廠家簽訂水泥供應合同。不要選擇早期強度過高的水泥。五、施工質量控制在保證水泥3天、28天抗折、抗壓強度合格的同時，保證3天抗壓強度16MPa。水泥收縮比對結果：2008年對某高速選定的三種水泥進行的比對試驗。 試驗項目水泥編號抗壓強度（MPa)抗折強度（MPa)干縮系數(shù)（%）3d28d3d28d14d21d28d1號水泥

11、21.4 53.4 4.72 10.2 0.040 0.044 0.068 2號水泥17.8 45.4 4.42 9.5 0.089 0.100 0.124 3號水泥14.6 47.9 3.62 8.3 0.063 0.081 0.092 五、施工質量控制 對集料要求集料顆粒徑愈大，拌和機、平地機和攤鋪機等施工機械愈易磨損，粗細集料愈易產(chǎn)生離析，鋪筑層的平整度也愈難達到要求。施工中應盡可能采用最大粒徑較小的集料，以適應機械施工。我國目前對公路路面所用集料的最大粒徑規(guī)定得較寬，碎石最大粒徑應小于31.5mm， 。針片狀、壓碎值、含泥量等可按混凝土國標等標準控制。注意控制風化石、山皮石含量。細集料

12、中小于0.075mm的含量應不大于10%。石屑應已砂當量指標控制，砂當量應大于45%。級配設計 混合料的級配滿足規(guī)范要求。但規(guī)范給的范圍很寬，具體設計時應仔細調整以使混合料結構達到骨架密實結構級配對強度的影響見下表：五、施工質量控制級配對干縮的影響級配對溫縮的影響五、施工質量控制五、施工質量控制五、施工質量控制施工工藝水泥穩(wěn)定碎石基層施工工序質量控制流程 五、施工質量控制碎石材料料 倉自動計量料強制式拌和機拌和自卸汽車運料至路槽內原材料抽檢水 泥自動加水路槽施工放樣路兩側立模板下承層檢驗修整下承層拌和料攤鋪 人工整平壓路機碾壓 灑水養(yǎng)生分項工程完工驗收施工放樣檢驗取現(xiàn)場拌料制作10 x10試件

13、測強度檢驗松鋪厚度檢驗壓實度、壓實厚度分項工程自檢監(jiān)理抽樣與鑒認評定質量等級五、施工質量控制拌和質量控制要點攤鋪質量控制要點壓實質量控制要點養(yǎng)生質量控制要點接縫處理質量控制要點五、施工質量控制拌和質量控制要點(1)計量準確，以保證混合料的級配及用量滿足施工配合比要求。不允許認為隨意調整比例。(2)料倉加高邊，防止竄倉，或采用小型裝載機，或給裝載機加收邊。(3)拌合用水要合適，依據(jù)天氣、運距適當調整含水量，材料應覆蓋。 （4）必要時從出料口取拌好的混合料，做水泥劑量測定及篩分試驗。五、施工質量控制攤鋪質量控制要點(1)攤鋪混合料時應盡量避免粗、細料離析。(2)調整攤鋪機側擋板、底板距離、振實擋位

14、、型號、注意收斗頻率、螺旋布料器深度、倒料、運輸、接料等 （3）在施工作業(yè)段內，用攤鋪機攤鋪混合料時，中間不宜中斷。如因故中斷超過了初凝時間應設施工縫。 (4)因故超過水泥初凝時間的混合料，不宜使用。(5)攤鋪時取現(xiàn)場的拌和料制成15x15的圓柱體試件，做7d齡期飽和抗壓強度試驗，并滿足強度標準要求。(6)現(xiàn)場平整度可用6米直尺，隨時用插纖檢測厚度。 （7）攤鋪前對下層處理。五、施工質量控制壓實質量控制要點(1)壓實是基層、底基層的強度形成階段。用振動壓路機在規(guī)定的初凝時間內將混合料一次碾壓密實，并達到要求的壓實度。 (2)超過終凝時間未能碾壓的混合料，應予以鏟除。(3)檢查壓實度及壓實厚度，

15、并達到規(guī)定的技術要求。 （4）壓路機僅跟攤鋪機、階梯型前進利于平整度控制，由輕至重避免溝槽出現(xiàn)，碾壓遍數(shù)必須保證。 （5）禁止車輛在正在施工的層面上調頭或急剎車。五、施工質量控制養(yǎng)生質量控制要點(1)每一段碾壓完成并經(jīng)壓實度檢查合格后，應立即開始養(yǎng)生。 (2)對于高速公路基層的養(yǎng)生期不宜少于7d，有條件的最好養(yǎng)生14d以上。 (3)養(yǎng)生的方式有很多種，如灑水、薄膜覆蓋、土工布覆蓋等。五、施工質量控制影響水泥穩(wěn)定材料強度的因素 土質、水泥成分和劑量、成型含水量、工藝過程、養(yǎng)生條件等土質的影響 土的礦物成分對水泥穩(wěn)定土的性質具有重要的影響。除有機質或硫酸鹽含量高的土以外，各種砂礫土、砂土、粉土和粘

16、土均可用水泥穩(wěn)定，但是穩(wěn)定效果不同。 一般限定適用范圍為土的液限不大于40，塑性指數(shù)不大于20。 五、施工質量控制水泥的影響 對于同一種土，水泥礦物成分是決定水泥土強度的主導因素。在通常的情況下，硅酸鹽水泥的穩(wěn)定效果較好，而鋁酸鹽水泥則較差。 當水泥的礦物成分相同時，水泥土的強度隨著水泥比表面和活性的增大而提高。 水泥土的強度一般地隨著水泥劑量的增加，水泥土的強度增加，不存在最佳水泥劑量。存在一個經(jīng)濟用量。 五、施工質量控制含水量的影響 當水泥穩(wěn)定土混合料中含水不足時，水泥就要與土爭水。 水泥正常水化所需要的水量約為水泥重量的20%。成型工藝影響 水泥、土和水拌和得愈均勻，水泥土的強度和穩(wěn)定性

17、愈高。拌和不均勻會使在水泥劑量少的地方強度不能滿足設計要求，而在水泥劑量多的地方則裂縫增加。 從開始加水拌和到完成壓實的延遲時間，對水泥土的密實度和強度有很大的影響。 五、施工質量控制水泥穩(wěn)定土不同延遲時間成型的最佳含水量、最大干密度試驗結果表明：（1）在不同水泥劑量下均隨著延遲時間的增加，水泥穩(wěn)定土的最佳含水量在增大，最大干密度在降低。并且，隨著延遲時間的增加，最大干密度的降低幅度在增大。（2）同一種土，相同延遲時間條件下，隨著水泥劑量的增加，最大干密度降低幅度減小。五、施工質量控制混合料延遲成型時間對抗壓強度的影響：（1）兩種土質在不同水泥劑量下均隨延遲成型時間的加長，7天齡期的抗壓強度降

18、低，并且，強度損失幅度隨延遲成型時間的加長而增大。（2）同一種土，相同延遲時間條件下，隨水泥劑量的增大，抗壓強度仍增大。但隨著水泥劑量的增大，強度損失幅度減小。五、施工質量控制養(yǎng)生條件影響 水泥穩(wěn)定土需要濕治養(yǎng)生，使在混合料中能維持足夠的水分，以滿足水泥水化的需要。養(yǎng)生溫度愈高，水泥土的強度增長得愈快。 六、水泥穩(wěn)定碎石抗裂性問題六、水泥穩(wěn)定碎石抗裂性問題 水泥穩(wěn)定碎石材料的收縮性能取決于材料的組成配比，合適的材料配合比可以顯著地減少結構層的收縮和增加結構層的抗裂性。水泥穩(wěn)定碎石的級配和水泥劑量的變化將影響其溫縮、干縮性。水泥穩(wěn)定碎石干燥收縮特性 水泥穩(wěn)定碎石材料的干燥收縮系數(shù)隨含水量的變化是

19、一近似凸型拋物線，有一最大干燥收縮系數(shù)。水泥穩(wěn)定碎石材料，大約在含水量為14時，干燥收縮系數(shù)最大。 六、水泥穩(wěn)定碎石抗裂性問題最大干燥收縮系數(shù)對應含水量與配合比的變化關系 最大干縮系數(shù)所對應的含水量隨集料變粗逐漸減小。 最大累計干縮應變和平均干縮系數(shù)隨配合比的變化規(guī)律 累計干縮應變、平均干縮系數(shù)按照:上限從下頂?shù)缴系字邢迯纳享數(shù)较碌紫孪薜捻樞蛟谥饾u減小。六、水泥穩(wěn)定碎石抗裂性問題 小于0.075mm以下的填料含量所決定的干縮力對干縮系數(shù)的影響大于級配類型對干縮系數(shù)的影響。 干縮性與集料的級配類型也有一定的相關性。 水泥穩(wěn)定碎石材料干縮系數(shù)隨齡期增長的變化規(guī)律 隨齡期的增加，同一配合比的水泥穩(wěn)定

20、碎石材料的干燥收縮值在變小。六、水泥穩(wěn)定碎石抗裂性問題水泥穩(wěn)定碎石材料干縮系數(shù)隨水泥劑量的變化規(guī)律 相同齡期，相同配合比的水泥穩(wěn)定碎石材料隨著水泥劑量的增加，干縮系數(shù)增大。 六、水泥穩(wěn)定碎石抗裂性問題水泥穩(wěn)定碎石溫度收縮特性 分析溫度收縮系數(shù)測試結果，可得出以下規(guī)律： 各齡期材料的溫度收縮系數(shù)隨溫度區(qū)間的變化規(guī)律 高溫區(qū)060的溫度收縮系數(shù)大于低溫區(qū)-300的溫度收縮系數(shù)。并且，隨著溫度的下降，溫縮系數(shù)有減小的趨勢。溫度收縮系數(shù)隨集料級配的變化規(guī)律 上限從下頂?shù)缴系字邢迯纳享數(shù)较碌紫孪蘖?、水泥穩(wěn)定碎石抗裂性問題不同齡期而相同配合比的水泥穩(wěn)定碎石材料的溫縮規(guī)律 從28天齡期到90天，溫縮系數(shù)增加

21、明顯，從90天齡期到180天，溫縮系數(shù)增加幅度較小。 相同配比、不同水泥劑量的水泥穩(wěn)定碎石材料的溫縮規(guī)律 六、水泥穩(wěn)定碎石抗裂性問題防止開裂的措施控制集料中細料的含量和塑性指數(shù)，以減少集料中的粘土含量，混合料中通過0.075mm篩孔的顆粒含量最好小于3?？刂扑嗟脑缙趶姸炔贿^高。在達到強度標準的前提下，采用最小的水泥劑量。六、水泥穩(wěn)定碎石抗裂性問題改善集料級配，減少水泥用量，使水泥劑量不大于5%?？刂剖┕つ雺簳r的含水量不超過基層施工規(guī)范所規(guī)定的值。水泥穩(wěn)定基層養(yǎng)生結束和噴灑透層瀝青或做下封層后，應立即鋪筑瀝青面層，保護基層混合料不使其過分變干和產(chǎn)生干縮裂縫。七、關于級配設計的說明原則 基層配合

22、比設計案無側限抗壓強度試驗方法滿足設計要求的配合比。混合料級配 根據(jù)公路瀝青路面設計規(guī)范（JTG D50-2006），高速公路的基層或上基層宜選用骨架密實型混合料，因此，級配采用規(guī)范中表6.1.6-2推薦的范圍。 水泥穩(wěn)定碎石基層的最大通病是易于產(chǎn)生收縮裂縫，易對瀝青路面形成反射裂縫，為了減少和減輕收縮裂縫的產(chǎn)生，通過研究對規(guī)范給定的級配范圍進行了優(yōu)化，提出“S”型級配。八、振動壓實試驗 振動壓實試驗是一種模擬現(xiàn)場壓路機工作原理的實驗方法，新頒布的公路工程無機結合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程JTG E51-2009對試驗方法進行了詳細地描述。有以下幾點應注意：壓實機的標準：不僅僅是滿足靜壓力和激振力就可以了，不同的儀器應通過變換不同的參數(shù)進行試驗，確定最佳的壓實效果。操作過程：壓頭跳起狀態(tài)、出漿狀態(tài)試件成型過程：高度控制振動擊實標準是標準擊實的1.01-1.05倍。最佳含水量小，減少干縮。水泥劑量減小，強度增加。九、存在的問題原材料質量石料來源不穩(wěn)定碎石含泥量大，粒徑尺寸不穩(wěn)定石屑含泥量較大料場有積水，未硬化、整平 施工過程控制 施工組織不細致、準備工作不充分，如：模板不夠用，前后場的溝通不及時；作面準備不充分，如：路床上有軟泥、工作面上灑水過多九、存在的問題 九、存在的問題攤鋪拌和機與攤鋪機的生產(chǎn)能力應互相匹配。當采用兩臺攤鋪機并排攤鋪時，兩臺攤鋪機的型號